1 序言

新能源汽车电池模组主要由电池及承载电池的托盘构成，电池托盘通常采用多块铝板进行拼接、焊接而成，然后根据装配需求继续对电池托盘进行一系列钻孔、铣削等加工，从而实现电池托盘的高精度、高平整度，满足电池模组装配及汽车装配的需求。目前，电池托盘的加工工艺基本都需要二次搬运、多次装夹并重新对刀，导致加工流程工序繁杂，加工效率较低，针对此我公司研发了一种用于新能源电池托盘的复合加工机床，托盘在机床上可以一次完成各种钻、铣等加工工艺，既保证了加工质量，又大幅提高了生产效率，并且便于实现自动化生产。

2 典型电池托盘加工工艺分析

图1 典型托

如图1所示典型托盘，其正面周边和筋条上分布有孔，且筋条分为4列。托盘上孔比较多，φ 5mm孔66个，φ6mm孔2个，φ7mm孔6个，φ8mm孔38个，φ9mm孔52个，11mm六角孔82个，φ12mm孔6个，反面φ7mm孔38个，φ9mm孔1个。

图2 LQI2520高速龙门移动机床

如果采用现有LQI2520高速龙门移动机床（见图2）加工，需要17mi n，并且侧面有11mm六角孔13个、穿线孔3个，还需要单独使用侧铣头进行加工。

图3 新式加工机床

采用图3所示新式加工机床，由机型HSC3036Ⅲ和机型HSC3217、桁架系统、自动上下料系统和装夹系统组成。正面、反面和侧面同时加工，加工时间就降低到1/3，效率提高了3倍。正面采用三工位卧式机床，如图4所示，反面和侧面用一台卧式五轴机床加工，以此大幅度提高加工效率。

图4 三工位卧式机床

3 电池托盘机床主体结构

图3所示新式加工机床由四大部分组成：三单元卧式加工单元、卧式五轴单元、工作台底板及夹具、桁架自动化送料系统。

3.1 三单元卧式加工单元

三单元卧式加工单元有5个显著特点。

1）轻量化设计，参与进给部件均在保证强度的基础上，尽可能减轻质量，以确保移动部件的高速与高加速度运行。

2）三组进给轴通过三通道控制，可互不干涉协同运作，上下行程叠加可使加工范围无空白区域。

3）为保证移动速度，X向大行程采用齿轮齿条驱动，其余两向采用高精度滚珠丝杠驱动。

4）机床可同时加工3片区域，理论上效率可提升2倍。

5）3组主轴配置3台圆盘刀库，换刀效率高。

3.2 卧式五轴单元

图5 卧式五轴单元

卧式五轴单元如图5所示，其特点主要有以下几方面。

1）采用箱中箱式结构，抗冲击载荷能力强，可重切，可高速，稳定性高。

2） X/Y向双丝杠驱动，可以保证高速高精加工需求。

3） 三向均配置四线轨，可以保证运行精度与稳定性。

4）X/Y向大行程可覆盖市场上大多数电池盒尺寸，配置五轴可对斜侧面进行铣削和打孔，有效避免二次装夹。

3.3 工作台底板及夹具

图6 工作台底板及夹具

工作台底板及夹具如图6所示，其设计特点主要有以下三方面。

1）工作台底板采用镂空式设计，将电池托盘反面需要加工的区域露出，以方便后方卧式五轴HSC3217机床对其反面及侧面进行加工。

2）夹具全部采用气缸形式进行夹紧，柔和的夹紧力可避免对工件表面造成损伤或变形，其中旋转气缸的选用，为自动化上下料创造条件。

3）增加的定位挡板，可使批量化生产的每个工件，都可以准确地被装夹在预定的加工区域，实现自动化装夹。

3.4 桁架自动化送料系统

图7 桁架自动化送料系统

桁架自动化送料系统如图7所示，其结构特点如下。

1）桁架采用悬臂式结构，占用空间小，快捷高效。X向采用齿条传动，Y、Z向采用丝杠，为工件的精准取放提供保障。

2）两组进给轴分别用于上料和下料，独立控制互不干涉。

3）采用大规格型钢作主体，以提供较高的刚性和强度。

4）整体式底板上方的独立料框内设有定位挡板，人工将工件放至料框内，同样采用标准气缸固定夹紧，通过齿轮齿条驱动，使毛坯件按顺序分层前进，配合桁架机械手进行抓取，转运至被加工区域。

4 机床工作方式

电池托盘工件加工时的运行方式如下。

图8 毛坯工件装夹至料框内

1）人工将毛坯工件装夹至料框内，起动气缸，将毛坯件固定于每个料框内，如图8所示。

2）运用桁架将毛坯件抓取、提升，运送至加工区域，沿定位挡板向下放置，夹紧气缸开始运行，将工件固定。第一组桁架返回至毛坯区，第二组桁架移至右侧成品区。

3）三横梁机床HSC3036Ⅲ和五轴机床HSC3217协同运行，对工件正反面及侧面进行加工，期间无需二次装夹。如图9所示。

图9 机床协同运行

5 系统控制

此机床采用定制化数控系统界面，仅需要输入孔的位置，即可调整规格品种的程序，钻孔攻螺纹的参数可以在后台程序调节。该系统可实现多通道控制，每个卧式通道负责加工产品的一部分。通过定制化软件，有效将工件分成3部分，每部分由1个卧式通道完成，大大提高了加工效率。

5.1 加工坐标系设定

加工坐标系设定如图10所示。其特点主要有：可以将三通道的加工工件坐标系放在一起，用来比较以及反复确认；增加微量调整，避免输错，并且调整速度快；此外，系统可提供钻孔和丝锥专用的Z轴尺寸，互不影响。

图10 加工坐标系设定

5.2 通用设定画面

通用设定画面如图11所示，参数化编程包含：刀具号、刀具长度、刀具直径、钻孔深度、钻孔/攻螺纹转速、进给速度、牙距、快移速度、快移定位、逐钻工艺、抬刀量及一攻到底。

图11 通用设定画面

5.3 加工工件的坐标程序

加工工件的坐标程序如图12所示，以第一通道为例，提供了两套方案。①有规律的孔位加工：圆形以及矩形排列。②不规则孔加工方案：可以定制孔加工的工艺程序，进行固化。

图12 加工工件的坐标程序

5.4 加工统计

加工统计主要是给机床使用情况做统计，如图13所示。

图13 加工统计

可以看出，通过统计开机时间、运行时间、加工件数等，可以有效地对生产管理所需信息进行统计，引导生产管理人员进一步优化加工工艺和提高加工效率。

6 结束语

该机床大大提高了电池托盘加工的自动化水平和加工效率，现有的单机生产效率低，采用本组合自动化机床，效率可以提高2倍。除了加工效率，更重要的是提高了工件的加工质量。电池托盘是型材焊接件，定位基准误差大，工件自身变形大，采用多次定位极易导致孔位偏差，因此应尽量采用一次性加工，使用该机床解决了原有单机生产多次装夹所导致的孔位误差问题。

该机床还有一种使用方案，即减去1个卧式五轴单元，采用自动线单元，仍然能够达到效率和质量的大幅提高，而且采用自动线，1人可操作多条线，使车间实现少人化生产。